TY  - THES
A1  - Meisner, Anke Karla
T1  - Alpha-Dioxygenase aus Erbsen - Studien zu Expression und Enzym-Substrat-Interaktion
T1  - alpha-Dioxygenase from Pea - Studies on Expression and Interaction of Enzyme and Substrate
N2  - Das Enzym alpha-Dioxygenase (alpha-DOX) aus Erbsen (Pisum sativum) wurde mit folgenden Zielsetzungen untersucht: Isolierung und Charakterisierung der für die P. sativum alpha-DOX codierenden cDNA, Überproduktion der P. sativum alpha-DOX in Escherichia coli und nachfolgende Isolierung, Untersuchung der Interaktion der P. sativum alpha-DOX mit Fettsäuresubstraten sowie systematische Studie der Expression der P. sativum alpha-DOX während der Keimung und Entwicklung von Erbsenpflanzen. alpha-Dioxygenasen katalysieren in Pflanzen den Initialschritt der alpha-Oxidation von langkettigen Fettsäuren, die über die intermediäre Bildung von (R)-2-Hydroperoxyfettsäuren führt. Folgeprodukte dieser Reaktion sind die entsprechende (R)-2-Hydroxysäure sowie der um ein C-Atom kettenverkürzte Aldehyd. Es wurde die für die alpha-Dioxygenase aus Erbsen codierende cDNA mit einer Gesamtlänge von 2132 bp isoliert, die ein offenes Leseraster von 1929 bp beinhaltet. Sie codiert für ein Protein mit 643 Aminosäuren und einem errechneten Molekulargewicht von ca. 73 kD. Die Pisum sativum alpha-Dioxygenase wurde in E. coli als Fusionsprotein mit einem 6 x His-tag überproduziert und mittels Metallaffinitätschromatographie an Ni-NTA-Agarose isoliert. Studien zur Interaktion der P. sativum alpha-Dioxygenase mit Fettsäuresubstraten umfassten sowohl Versuche zu Anforderungen auf Seiten des Substrats als auch zu potentiellen Interaktionspartnern auf Seiten des Enzym. Es wurde gezeigt, dass für die Reaktion von alpha-Dioxygenasen mit Fettsäuren die freie Carboxylgruppe des Substrats unerlässlich ist. Aufgrund eines Aminosäuresequenzvergleichs zwischen der alpha-Dioxygenase aus Erbsen und PGHS-1 aus O. aries wurden vier Aminosäuren als potentielle Interaktionspartner auf Seiten der alpha-Dioxygenase aus Erbsen ausgewählt. Es handelte sich um die Arginin-Reste Arg-87, Arg-391, Arg-569 und Arg-570. Mit Hilfe der ortsspezifischen Mutagenese wurde gezeigt, dass der Aminosäurerest Arg-570 für die katalytische Aktivität unerlässlich ist. Die Expression der P. sativum alpha-Dioxygenase in keimenden Erbsen und jungen Erbsenpflanzen wurde sowohl in ihrem zeitlichen Verlauf als auch hinsichtlich der Gewebespezifität betrachtet. Die Ergebnisse zeigten, dass Keimung zu einer deutlichen Akkumulation von alpha-Dioxygenase mRNA in Erbsen führte. Auch alpha-Dioxygenase Protein war in großer Menge in keimenden und jungen Erbsenpflanzen vorhanden. Ausgeprägte Gewebespezifität war festzustellen: alpha-DOX mRNA fand sich fast ausschließlich in Wurzeln von Erbsenpflanzen, in Sprossgewebe dagegen war sie kaum vorhanden. Im Gegensatz dazu lag alpha-DOX Protein gleichermaßen in Spross- und in Wurzelgewebe vor. Parallel zur Reifung der Pflanzen nahm die Menge an alpha-DOX mRNA und Protein ab. Alpha-Dioxygenase-Aktivität war bereits in trockenen Samen detektierbar, während der Keimung nahm sie deutlich zu. Im Vergleich von Spross- und Wurzelgewebe war die Aktivität in Wurzeln höher, bezogen sowohl auf das Frischgewicht der Pflanzen als auch auf die Menge an Gesamtprotein (spezifische Aktivität). Die Untersuchungen an Wurzeln zeigten, dass die Aktivität bezogen auf das Frischgewicht der Pflanzen über den betrachteten Zeitraum kaum variierte, während die spezifische Aktivität mit zunehmendem Alter der Pflanzen kontinuierlich zunahm. Dieses Ergebnis deutet darauf hin, dass in Erbsen mehrere alpha-Dioxygenase-Isoenzyme vorhanden sind, so wie man dies für andere höhere Pflanzen bereits postuliert hat. Ein zellprotektiver Effekt von alpha-Dioxygenasen auf Pflanzen während der Interaktion mit Pathogenen ist bekannt. Möglicherweise ist dies auch der Grund für eine verstärkte Expression während der Keimung von Pflanzen. Die bevorzugte Expression in Wurzeln könnte auf eine Funktion als permanentes Schutzsystem gegen Infektion hindeuten.
N2  - The enzyme alpha-dioxygenase (alpha-DOX) from pea (Pisum sativum) has been examined with the following objectives: isolation and characterisation of the cDNA encoding the P. sativum alpha-DOX, expression of the P. sativum alpha-DOX in Escherichia coli and subsequent isolation, analysis of the interaction between the P. sativum alpha-DOX and fatty acid substrates, and systematic study of the expression of the P. sativum alpha-DOX during germination and development of pea plants. alpha-Dioxygenases catalyse the initial step of the alpha-oxidation of long chain fatty acids in plants, which leads via the intermediary formation of a (R)-2-hydroperoxy fatty acid to the formation of the corresponding (R)-2-hydroxy fatty acid and the one C atom chain-shortened aldehyde. The cDNA encoding the alpha-Dioxygenase from pea cDNA was isolated (2132 bp), comprising an open reading frame (orf) of 1929 bp. This cDNA encodes a polypeptide of 643 amino acids with a calculated molecular mass of about 73 kD. The Pisum sativum alpha-dioxygenase was expressed in E. coli as a fusion protein with a 6 x His tag and isolated by means of metal affinity chromatography using Ni-NTA agarose. The studies on the interaction of the P. sativum alpha-dioxygenase with fatty acid substrates comprised experiments regarding the necessary prerequisites of substrates, as well as a study on amino acid residues as potential interaction partners with substrates. It was shown that the free carboxyl group of substrates is indispensable for the reaction of alpha-dioxygenases with fatty acids. On the basis of an alignment of the amino acid sequences of alpha-dioxygenase from pea and PGHS-1 from O. aries, four amino acid residues were selected as potential interaction partners in the pea alpha-dioxygenase. These were the arginine residues Arg-87, Arg-391, Arg-569 and Arg-570. By means of site-directed mutagenesis, the arginine residue Arg-570 was identified as being indispensable for the catalytic activity. The expression of the P. sativum alpha-dioxygenase in germinating pea seeds and young pea plants was examined. The time course of expression and the tissue specificity were investigated. Germination leads to a pronounced accumulation of alpha-dioxygenase mRNA in peas. Alpha-Dioxygenase protein is also present in a significant amount in germinating and young pea plants. A pronounced tissue specificity was observed: alpha-DOX mRNA was almost exclusively found in roots of pea plants, whereas in shoots only small amounts were detected. In contrast, alpha-DOX protein was equally detected in shoot and root tissue. Paralleling growth, the amount of alpha-DOX mRNA and protein decreased. Alpha-dioxygenase activity is already detectable in dry seeds, during germination it increases markedly. When comparing shoot and root tissue, the activity in roots was found to be higher with respect to the samples’ fresh weight as well as to the amount of total protein (specific activity). In roots the activity with respect to the samples’ fresh weight varied scarcely during the time observed, whereas the specific activity increased continuously with proceeding maturation of the plants. This result indicates that further alpha-dioxygenase isoenzymes exist in pea plants, as had been postulated earlier for other higher plants. It is known that alpha-dioxygenases exert a cell protective effect on plants during the interaction of plants with pathogens. Possibly this could be a reason for the enhanced expression during plant germination. The predominant expression in roots might indicate a function as a permanent protection system against infections.
KW  - Erbse
KW  - Keimling
KW  - Dioxygenasen
KW  - Fettsäuren
KW  - Enzymatische Oxidation
KW  - alpha-Dioxygenase
KW  - alpha-Oxidation
KW  - Expression
KW  - Keimung
KW  - Fettsäuremetabolismus
KW  - alpha-dioxygenase
KW  - alpha-oxidation
KW  - expression
KW  - germination
KW  - fatty acid metabolism
Y1  - 2005
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-14692
ER  - 
TY  - THES
A1  - Weismann, Dirk Thorsten
T1  - Untersuchungen zum enzymatischen und immunchemischen Nachweis der Phytanoyl-CoA-Hydroxylase in CHO-Zellen
T1  - Development of enzymatical and immunohistochemical assays of phytanoyl-CoA hydroxylase in CHO-cells.
N2  - In der vorliegenden Arbeit wurde nach Wegen gesucht, den Import peroxisomaler Matrixproteine, der über ein peroxisomales Targeting Signal Typ 2 gesteuert wird, zu messen. Es war vorgesehen, in erster Linie einen enzymchemischen Nachweis zu etablieren, da diese Methode den Vorteil einer Quantifizierbarkeit der Aktivität der gemessenen Enzyme bietet und somit Rückschlüsse auf den Grad einer Beeinträchtigung des Importes zulassen würden. Von dem Test wurde eine Sensitivität gefordert, die eine Messung auch in Homogenaten kultivierter Zellen, insbesondere von CHO-Zellen, erlaubt. Dieses war deswegen gefordert, weil der Test zur Charakterisierung induzierter CHO-Zell-Mutanten eingesetzt werden sollte, die die Merkmale eines PTS 2-Import-Defektes aufweisen. Dieser Nachweis sollte durch eine Messung der Phytanoyl-CoA-Hydroxylase erfolgen. Dieses Enzym ist eines von drei derzeit bekannten Proteinen, die eine PTS 2 besitzen und über diesen Weg importiert werden. Das Substrat für die Hydroxylase war als Phytansäure mit einer 2,3-3H-Markierung in der Arbeitsgruppe vorrätig und wurde für den Test zum CoA-Thioester chemisch umgesetzt. Nach erfolgter enzymatischer Umsetzung von Phytonoyl-CoA zu a-Hydroxyphytanoyl-CoA durch die Hydroxylase waren dann sowohl Edukt wie auch das Produkt durch eine radioaktive Markierung gekennzeichnet und konnten nach einer dünnschicht-chromatographischen Trennung über Kieselgel durch einem Radiodünnschichtscanner nachgewiesen werden. Zunächst wurde mit Hilfe von Homogenaten aus Rattenlebergewebe ein bereits beschriebenes Verfahren zur Messung der Phytanoyl-CoA-Hydroxylase optimiert. Es stellte sich jedoch heraus, daß die Sensitivität dieses Testes nicht hoch genug ist, um die Hydroxylase-Aktivität in Homogenaten kultivierter CHO-Zellen zu messen. An dieser Stelle wurde die Etablierung eines immunchemischen Nachweises begonnen. Hierzu sollten Antikörper gegen die Hydroxylase des chinesischen Zwerghamsters, des Ursprungsorganismus der CHO-Zellen, generiert werden. Eine Reinigung des Enzyms kam nicht in Betracht, weil die Hamster nicht im Labortierhandel erhältlich waren. Folglich musste die cDNA der Hydroxylase aus einer Hamster-cDNA-Bank kloniert werden, nachdem sie durch ihre bekannten Homologe aus Mensch und Maus identifizierbar war. In den verfügbaren cDNA-Banken fand sich keine vollständige Sequenz, so daß mit einer partiellen Sequenz ohne 5´-Ende weitergearbeitet werden musste. Es bot sich im Institut die Möglichkeit, aus dieser Sequenz Pepetide zu bestimmen, die mit hoher Wahrscheinlichkeit stark immunogen wirken. Solche Peptide wurden synthetisiert und nach Koppelung an Trägerproteine neuseeländischen weißen Kaninchen geimpft. Im Elisa wies das Antiserum zum Zeitpunkt seiner Gewinnung einen Titer von etwa 1:10000 auf, zeigte aber im Westernblot neben einer starken Detektion in Laufweite der Hydroxylase auch eine unspezifische Anfärbung der Proben. In der nun durchgeführten Affinitätsreinigung des Antiserums über einer mit den antigenen Peptiden beladenen Säule tauchte das Problem auf, daß die Antikörper so fest binden, daß sie von ihren Antigenen nicht mehr ohne dentaturierende Bedingungen zu lösen waren. Für die weitere Arbeit sollte sich nun eine affinitätschromatographische Reinigung über Peptide, die den Antikörper mit geringerer Avidität binden, anschließen, so daß nach Trennung der Immunkomplexe native Antikörper isoliert werden könnten. Hierzu wäre ein Epitop-mapping wünschenswert, damit auf dieser Grundlage Peptide mit den geforderten Eigenschaften synthetisiert werden können.
N2  - The aim of the present work was to establish methods for studying the import of peroxisomal matrix proteins that are imported via the peroxisomal targeting signal type 2 (PTS-2). Initially, an enzymatical approach was preferred, because this would allow quantification of the enzyme activity and thus estimation of the degree of any impairment. With a test sensitive enough to measure the activity of the enzyme in homogenates of cultivated cells, especially of CHO-cells, it should be possible to characterize mutant CHO-cells with a defect of the PTS-2-mediated import. Phytanoyl-CoA hydroxylase was chosen as one of three known enzymes that are imported via PTS-2. The substrate [2,3-3H]phytanic acid, was available in the laboratory and was chemically converted to the CoA thioester. After enzymatic conversion of phytanoyl-CoA to hydroxyphytanoyl-CoA, both substrate and product were radioactively labeled and could be quantified by a TLC scanner after separation by thin layer chromatography. Attempts to optimize established assay procedures for measuring the hydroxylase in rat liver homogenates, however, failed because the sensitivity of the test could not be increased sufficiently to measure the much lower hydroxylase activity in homogenates of cultivated CHO-cells. Therefore, an immunohistochemical approach was pursued. Purification of the hamster enzyme was considered impractical because it would have been very difficult to obtain a sufficient number of the animals. Instead, it was planned to isolate the cDNA coding for the hamster enzyme from a Chinese hamster cDNA bank and to express the required amounts of the recombinant enzyme in E. coli. Starting from the rat paralogue, it was indeed possible to identify several clones with partial sequences but none of them contained the 5‘ terminus, so that expression of the enzyme was not possible. Within the amino acid sequence derived from the cDNA sequence information, sequences with predicted high immunogenicities were identified and the correspond-ing peptides were synthesized. After binding the peptides either to BSA or to keyhole limpet hemocyanin, these were injected into new zealand white rabbits. The titers achieved were approx. 1:10000, as estimated by ELISA, but Western blot analysis revealed a substantial amount of non-specific cross-reaction, making purification of the antibodies necessary. Affinity chromatography with the same peptides immobi-lized on a solid matrix gave unsatisfactory results, presumably because, owing to their high avidity, the antibodies could only be eluted under very harsh conditions, leading to their denaturation. It is now planned to conduct an epitope mapping of the binding sequence of the antibodies and to synthesize new peptides which are bound with lower affinity, which should make their purification easier.
KW  - Peroxisomale Biogenese Defekte
KW  - alpha-Oxidation
KW  - Phytansäure
KW  - Phytanoyl-CoA-Hydroxylase
KW  - peroxisomal biogenesis disease
KW  - alpha-oxidation
KW  - phytanic acid
KW  - phytanoyl-CoA Hydroxylase
Y1  - 2002
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-8064
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